JP2021126701A - 溶接又はアディティブマニュファクチャリング用二重ワイヤ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接又はアディティブマニュファクチャリング用二重ワイヤ駆動システムを提供する。【解決手段】 溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムは、溶接ワイヤスプールと第一及び第二の駆動ロールを含む。駆動ロールの一方又は両方は円周溝を有する。システムは、溶接ワイヤスプールから引き出され、両駆動ロール間で円周溝内に配置される第一の溶接ワイヤと、溶接ワイヤスプールから引き出され、両駆動ロール間で円周溝の中に配置される第二の溶接ワイヤを含む。第一の溶接ワイヤは第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で第二の溶接ワイヤと接触する。第一の溶接ワイヤはさらに、円周溝の第一の側壁部分と接触し、第二の溶接ワイヤはさらに、円周溝の第二の側壁部分と接触する。第一の溶接ワイヤと第二の溶接ワイヤの両方は、円周溝の中央部分から半径方向にずらされる。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１８年１０月１５日に出願された米国特許出願第１６／１５９，８０５号の一部継続出願であり、同出願の開示を参照によって本願に援用する。

本発明による装置、システム、及び方法は、二重ワイヤ構成での材料堆積に関する。

溶接を行う際、溶接中に溶接ビードの幅を広くし、又は溶融プールの長さを長くすることが望ましいことが多い。これが望まれるのには様々な理由があり得、このことは溶接業界においてよく知られている。例えば溶融プールを長くして、溶接及びフィラ金属溶融プールをより長時間にわたって保持し、ポロシティを減少させることが望ましいことがある。すなわち、溶融プールがより長時間にわたり溶融状態であると、ビードが固化する前に有害ガスが溶接ビードから排出されるための時間が長くなる。さらに、溶接ビードの幅を広くして、より広い溶接ギャップをカバーするか、又はワイヤ溶着速度を速めることが望ましいことがある。何れの場合でも、より大きい電極直径を用いることが一般的である。直径を大きくすると、溶融プールの幅と長さの両方ではなく、一方だけを増大させることしか望まれないことがある場合であっても、溶融プールは長く、且つ広くなる。しかしながら、これには欠点が伴う。具体的には、より大きい電極が使用されるため、適正な溶接を行うために溶接アークにより多くのエネルギーが必要となる。このようなエネルギーの増大は、溶接への熱入力を大きくする原因となる、その結果、使用電極の直径が多いため、溶接作業においてより多くのエネルギーが使用されることになる。さらに、それによってできる溶接ビードのプロファイル又は断面は、特定の機械的用途にとって理想的ではないことがある。電極の直径を大きくするのではなく、２つの、より小型の電極を同時に使用することが望ましいことがある。

米国特許第５，８１６，４６６号明細書 米国特許第８，５６９，６５３号明細書

以下の概要は、本明細書で開示される装置、システム、及び／又は方法の幾つかの態様の基本的な理解を提供するために簡潔にした概要を示している。この概要は、本明細書で開示される装置、システム、及び／又は方法の広範囲にわたる大要ではない。このような装置、システム、及び／若しくは方法の不可欠な要素を特定したり、又はその範囲を限定することは意図されていない。唯一の目的は、幾つかの態様を後述の、より詳しい説明の序文として簡潔な形で提示することである。

本発明の１つの態様によれば、溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムが提示される。このシステムは、溶接ワイヤスプールと、第一の駆動ロールと、第二の駆動ロールと、を含む。第一の駆動ロールと第二の駆動ロールの一方又は両方は、円周溝を有する。このシステムは、溶接ワイヤスプールから引き出され、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で円周溝の中に配置される第一の溶接ワイヤと、溶接ワイヤスプールから引き出され、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で円周溝の中に配置される第二の溶接ワイヤと、を含む。第一の溶接ワイヤは、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で第二の溶接ワイヤと接触する。第一の溶接ワイヤはさらに、円周溝の第一の側壁部分と接触し、第二の溶接ワイヤはさらに、円周溝の第二の側壁部分と接触する。第一の溶接ワイヤと第二の溶接ワイヤの両方は、円周溝の中央部分から半径方向にずらされる。

本発明の他の態様によれば、溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムが提供される。このシステムは溶接ワイヤスプールを含み、これは溶接ワイヤスプールに巻き回された第一の溶接ワイヤと、溶接ワイヤスプールに巻き回された第二の溶接ワイヤと、を含む。第一の駆動ロールは、第一の内側側壁と、第一の外側側壁と、第一の内側側壁と第一の外側側壁との間に延びる第一の凹状溝底部と、を含む第一の円周溝を有する。第二の駆動ロールは、第二の内側側壁と、第二の外側側壁と、第二の内側側壁と第二の外側側壁との間に延びる第二の凹状溝底部と、を含む第二の円周溝を有する。第二の円周溝は第一の円周溝と整列している。第一の溶接ワイヤと第二の溶接ワイヤは、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間の溶接ワイヤスプールから、第一の円周溝と第二の円周溝の両方を通って引き出される。付勢部材は、第一の駆動ロールを第二の駆動ロールに向かって付勢して、強制的に第一の溶接ワイヤが第二の溶接ワイヤに接触するようにする。第一の溶接ワイヤは、第一の内側側壁、第二の内側側壁、及び第二の溶接ワイヤの各々と接触する。第二の溶接ワイヤは、第一の外側側壁、第二の外側側壁、及び第一の溶接ワイヤの各々と接触する。第一の溶接ワイヤと第二の溶接ワイヤは、第一の凹状溝底部と第二の凹状溝底部の両方からずらされている。

本発明の他の態様によれば、溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムが提供される。このシステムは、溶接ワイヤスプールと、第一の環状溝を有する第一の駆動ロールと、第一の環状溝と整列する第二の環状溝を有する第二の駆動ロールと、を含む。第一の溶接ワイヤは、溶接ワイヤスプールから引き出され、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で第一の環状溝と第二の環状溝の両方の中に配置される。第二の溶接ワイヤは、溶接ワイヤスプールから引き出され、第一の駆動ロールと第二の駆動ロールとの間で第一の環状溝と第二の環状溝の両方の中に配置される。付勢部材は第一の駆動ロールを第二の駆動ロールに向かって付勢し、第一の溶接ワイヤを第二の溶接ワイヤと接触させる。第一の溶接ワイヤは、第一の環状溝の第一の側壁部分、第二の環状溝の第一の側壁部分、及び第二の溶接ワイヤの各々と接触する。第二の溶接ワイヤは、第一の環状溝の第二の側壁部分、第二の環状溝の第二の側壁部分、及び第一の溶接ワイヤの各々と接触する。第一の駆動ロールと第二の駆動ロールは、反対方向に回転し、それによって第一の溶接ワイヤと第二の溶接ワイヤを溶接ワイヤスプールから引き出す。

本発明の上記及びその他の態様は、本発明が関係する分野の当業者にとって、下記のような添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことにより明らかとなるであろう。

例示的な溶接システムの概略図である。 例示的な溶接システムの斜視図である。 例示的な溶接システムの斜視図である。 例示的な溶接ワイヤスプールの斜視図である。 例示的な溶接ワイヤスプールの斜視図である。 例示的な溶接ワイヤスプールの斜視図である。 例示的なワイヤフィーダの側面図である。 例示的な駆動ロールを示す。 例示的な駆動ロールの斜視図である。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。 二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面図を示す。

ここで、添付の図面を参照することにより本発明の例示的実施形態を説明する。説明されている例示的な実施形態は、発明を理解する助けとされるものであり、本発明の範囲をいかようにも限定しようとしていない。全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を指す。

本発明の実施形態は、本明細書では溶接システムに関して説明する。例示的な溶接システムには、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）システム、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）システム、フラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ）システム、メタルコアアーク溶接（ＭＣＡＷ）システム等が含まれる。さらに、本明細書に記載されている電極は中実の電極とすることができるが、本発明の実施形態は、中実の電極の使用に限定されない。例えば、フラックスコア電極及びメタルコア電極も使用でき、それも本発明の主旨又は範囲から逸脱しない。さらに、本発明の実施形態はまた、マニュアル、半自動、及びロボット溶接作業にも使用できる。このようなシステムはよく知られているため、これらについてはここでは詳しく説明しない。

本発明の実施形態を溶接システムに関して説明する。しかしながら、溶接作業のほかに、実施形態はアディティブマニュファクチャリング工程及び、駆動ワイヤ電極がかかわるその他の溶接型工程（例えば、表面硬化）にも使用できる。

ここで、図面を参照する。図１は、ある例示的実施形態の溶接システム１００を示している。溶接システム１００は、溶接電源又は電源１０９を含み、これは溶接トーチ１１１及びワイヤフィーダ１０５の両方に連結される。電源１０９は、溶接電流及び溶接波形、例えばパルススプレ、ＳＴＴ、及び／又はショートアーク型溶接波形を供給できる既知の何れの種類の溶接電源とすることもできる。このような電源の構成、設計、及び動作はよく知られているため、これらは本明細書で詳しく説明する必要がない。また、溶接電力は複数の電源から同時に供給することもできることに留意されたく、同じく、このようなシステムの動作は知られている。電源１０９は、コントローラ１２０を含むことができ、これはユーザインフェースに連結され、それによってユーザは溶接作業のための制御又は溶接パラメータを入力できる。コントローラ１２０は、プロセッサ、ＣＰＵ、メモリ等を有することができ、これらは溶接工程の動作及び溶接波形の生成を制御するために使用される。トーチ１１１は、既知のマニュアル、半自動、又はロボット溶接トーチと同様に構成でき、直線形又はグースネック形とすることができる。ワイヤフィーダ１０５は、ワイヤ電極Ｅ１及びＥ２をそれぞれ、リール、スプール、容器、又はその他等、既知の何れの種類とすることもできる電極源１０１及び１０３から引き出す。ワイヤフィーダ１０５は、駆動ロール１０７を使って電極又は溶接ワイヤＥ１及びＥ２を引き出し、電極をトーチ１１１に向かって押すか、又は引く。駆動ロール１０７の詳細はさらに後述する。駆動ロール１０７とワイヤフィーダ１０５は、二重溶接作業用に構成される。すなわち、これらは電極Ｅ１及びＥ２の両方を同時にトーチ１１１に供給し、アークを発生させ、加工物Ｗを溶接する。図のように、ワイヤフィーダ１０５は、溶接作業の既知の構成にしたがって電源１０９に動作的に接続される。

駆動ロール１０７によって駆動されると、電極Ｅ１及びＥ２は、電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１に送達するためのライナ１１３を通ることができる。ライナ１１３はほぼ、電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１へと通過させることができるようなサイズである。例えば、直径約０．０３０インチの２つの電極の場合、標準的な直径０．０６２５インチのライナ１１３（これは典型的に、直径０．０６２５インチの１つの電極に使用される）を、変更を加えずに使用できる。

特定の実施形態において、ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２は異なる直径を有することができる。すなわち、本発明の実施形態は、第一の、より大径の電極と、第二の、より小径の電極を使用できる。このような実施形態において、異なる厚さの２つの加工物をより好都合に溶接することが可能である場合がある。例えば、より大径の電極はより大型の加工物に向けることができ、より小径の電極はより小型の加工物に向けることができる。さらに、本発明の実施形態は、多くの異なる種類の溶接作業に使用でき、これにはＧＭＡＷ、ＳＡＷ、ＦＣＡＷ、及びＭＣＡＷが含まれるが、これらに限定されない。それに加えて、本発明の実施形態は、異なる種類の電極に使用できる。例えば、コア電極（例えば、フラックスコア又はメタルコア）をコアのない、又は中実電極に連結できることも想定される。さらに、異なる組成の電極を使って、最終的な溶接ビードの所望の溶接特性及び組成を実現することもできる。２つの異なる、ただし適合性のある消耗材を組合せ、所望の溶接ジョイントを作ることができる。例えば、異なる組成の表面硬化用ワイヤ、ステンレスワイヤ、ニッケル合金、及びスチールワイヤ等の適合する消耗材を組み合わせることができる。１つの具体的な例として、軟鋼ワイヤをオーバアロイワイヤ（ｏｖｅｒａｌｌｏｙｅｄ ｗｉｒｅ）と組み合わせて、３０９ステンレス鋼組成を作ることができる。これは、所望の種類の１種の消耗材が望ましい溶接特性を持っていないときに有利となり得る。例えば、特殊溶接のための幾つかの消耗材は、所望の溶接化学特性を提供するが、きわめて使いにくく、満足な溶接を提供するのが難しい。しかしながら、本発明の実施形態によれば、より溶接しやすい２種類の消耗材の組み合わせを利用し、所望の溶接化学特性を作ることが可能となる。本発明の実施形態は、本来であれば商業的に入手できないか、又は本来であれば製造コストが非常に高い合金／溶着物の化学特性を作るために使用できる。それゆえ、２つの異なる消耗材を使って、高価又は入手不能な消耗材を不要とすることができる。さらに、実施形態は、希釈合金を作るために使用できる。例えば、第一の溶接ワイヤは一般的で安価な合金とすることができ、第二の溶接ワイヤは特殊ワイヤとすることができる。その結果として得られる溶着物は２種類のワイヤの平均となり、溶融液滴の形成中によく混ざり合い、２種類のワイヤの平均コストは高価な特殊ワイヤと比較して安価である。さらに、幾つかの用途において、適当な消耗材の化学特性を持たないために所望の溶着物を入手できないことがあり得るが、２種類の標準的な合金ワイヤを混合することにより実現でき、これらは溶融液滴の中で混ざり合い、１つの液滴として溶着される。さらに、耐摩耗性金属の堆積等の幾つかの用途において、所望の溶着物は、１本のワイヤからのタングステンカーバイド粒子と、他のワイヤからのクロームカーバイド粒子の組合せであってもよい。また別の用途において、より大きい粒子をその中に含む、より大径ワイヤは、より少ない粒子又はより小さい粒子を含む、より小径のワイヤと混合されて、２つのワイヤの混合物を溶着させる。ここで、ワイヤの各々からの予想寄与度はワイヤのサイズに比例する。さらに、本明細書においては２つのワイヤ電極を同時に使用する例示的な実施形態が記されているが、本発明の他の実施形態は２つを超える電極を利用できる。例えば、３つ以上の電極構成を本明細書に示されている説明と記述にしたがって利用できることも想定される。

図２は、溶接システム１００の斜視図を提供する。ワイヤフィーダ１０５は、特定の用途に使用するためにワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を電極源１０１、１０３から輸送するための駆動ロールを含む。ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２は、リール、スプール、又は容器（例えば、ボックス又はドラム）から連続的に引き出されて、この実施形態では溶接物である加工物Ｗへと送達されてよい。ワイヤフィーダ１０５は駆動アセンブリを含んでいてもよく、これは１つ又は複数の推進装置、例えば電気モータ等からの動力を利用し、ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を使用作業箇所、又は加工物Ｗへと駆動する。

溶接電源１０９は、電気入力パワーを外部電源（例えば、購入電源）から受け取ってよく、これは図示されていないオンボードトランスフォーマ及びプロセッサ制御のインバータ又はチョッパ回路に向けられる。電源１０９からの出力は、溶接出力端子１２１又は溶接電源のスタッドを通じて提供されてよい。溶接ガン又はトーチ１１１及びワイヤコンジットは、当技術分野で知られている方法で溶接電流を加工物Ｗに送達するために、溶接ワイヤフィーダ１０５を通じて溶接電源１０９に電気的に接続されていてよい。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２はトーチ１１１を通じて送給され、溶接工程を行うのに適したあらゆる方法で、用途及び／又はエンドユーザ次第にメータアウト、すなわち吐出されることとなる。電極Ｅ１、Ｅ２は溶接アークを確立するための電気を伝えることに留意されたく、電極は、実質的にアースより高い場合がある溶接電源１０９の出力電圧と同じ又はほぼ同じ電圧電位を有し、加工物Ｗに運ばれる。

ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２の輸送の異なるモードが当技術分野では知られており、その一例は、推進装置により提供されるパワー又はトルクを通じて電極を押すことを含む。電極輸送のその他のモードには、複数の推進装置を利用する押し／引きモードが含まれる。電極Ｅ１、Ｅ２はトーチ１１１に送達され、これはユーザの裁量で電極を吐出させるためのトリガ又はその他のアクティベーション機構を有していてもよい。時々、電極Ｅ１、Ｅ２を異なる送給速度で送達する必要がある場合がある。したがって、推進装置は、電極Ｅ１、Ｅ２のワイヤ送給速さ（ＷＦＳ）を変化させるように調節可能な出力を有する。特に、ワイヤフィーダ１０５の駆動モータは、ＷＦＳを調節するための変速モータであってもよい。

駆動モータ１２３は図７に示されている。ワイヤフィーダ１０５及び／又は駆動モータ１２３は、溶接電源１０９から、又は共に別の電源から動作パワーを引き込んでもよい。さらに、本発明の実施形態との使用に適しているとのしっかりとした技術的判断によって、溶接ワイヤフィーダ１０５及び／又は駆動モータ１２３を動作させるためのパワーを提供する何れの方法が選択されてもよい。

図２及び７を参照すると、溶接ワイヤフィーダ１０５は駆動アセンブリ、又は駆動ロールアセンブリを含んでいてもよい。前述のように、駆動モータ１２３は、ワイヤフィーダモータとも呼ばれるが、第一及び第二の溶接ワイヤＥ１、Ｅ２をワイヤフィーダからトーチ１１１へと、及びその後、加工物Ｗへと輸送するためのパワー、すなわちトルクを送達する。駆動ロール１０７が含まれ、これは溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を把持し、溶接ワイヤが適当な方向に、すなわち加工物Ｗに向かって押され、又は引かれるようにする。駆動ロール１０７のセットは垂直に整列され、対応するように整列された環状又は円周溝を有し、そこを溶接ワイヤ１、Ｅ２が同時に通る。図からわかるように、垂直に整列された駆動ロール１０７セットは反対方向に回転して、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２をワイヤフィーダ１０５の中で駆動する。例えば、図７において、上側駆動ロール１０７は時計回りに回転し、下側駆動ロールは反時計回りに回転する。駆動ロール１０７は円筒形の構成、又は、より具体的にはディスク形状であってもよいが、具体的な構成は限定的と理解されるべきではない。駆動ロール１０７の表面、すなわち外側円周は鋼鉄のような十分に硬い材料からなっていてもよく、これは耐久性を有し、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を把持するのに適している。図のように、駆動ロール１０７は、ワイヤ軌道に沿って対になるように配置されてもよく、その対の各々の駆動ロールは溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の反対側で支持され、ロールのそれぞれの外側円周部分はワイヤのそれぞれの側（例えば、上及び下から）係合する。それぞれの駆動ロール１０７の中心軸は実質的に相互に平行に延び、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の軌道を概して横切ることに留意されたい。

ワイヤフィーダ１０５は付勢部材を含むことができ、これは垂直に整列された駆動ロール１０７のセットを相互に向かって付勢する。付勢部材は、駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２にかける固定力又は圧縮力を設定する。例えば、ワイヤフィーダ１０５は付勢ばね１２５を含むことができ、これは付勢力を１つ又は複数の駆動ロール１０７にかけて、駆動ロールが溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に加える圧縮力を設定する。図７の例示的な実施形態において、付勢ばね１２５は、内側と外側に移動して付勢ばね１２５の圧縮力を調節できる調節ロッド１２７に取り付けられる。付勢ばね１２５の力は、旋回レバー１２９を介して上側駆動ロール１０７に伝えられる。前述のように、垂直に整列された駆動ロール１０７のセットは対応するように整列された環状又は円周溝を有し、その中を溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が同時に通る。すなわち、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、上側駆動ロールと下側駆動ロールの溝の中に一緒に配置される。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、付勢ばね１２５によって駆動ロール１０７に加えられる付勢力により、溝内に固定され、又は圧縮される。以下にさらに説明するように、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、駆動ロール１０７により固定されたときに、溝内で相互に接触させられる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に加えられる上向き／下向きの圧縮力に加えて、横方向の圧縮力もまた溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に加えられて、これらが一緒に溝の内部へと押し付けられる。横方向の圧縮力は溝の側壁の形状を通じて提供される。

溶接ワイヤフィーダの構造に関するさらに詳しいことは、１９９８年１０月６日に発行された（特許文献１）及び２０１３年１０月２９日に発行された（特許文献２）に記載されており、これらの両方を参照によって本願に援用する。

図３は、両方のワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を提供する１つの電極源１０２（例えば、１つの溶接ワイヤスプール）を有する溶接システム１００の斜視図を提供する。図３中、ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２は、同じスプール１０２に巻き回され、そこからワイヤフィーダ１０５によって同時に引き出される。両方のワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を１つのスプール１０２に提供する利点は、最小限の変更で二重ワイヤ溶接を行うように、既存の溶接システムを構成できることである。既存の溶接システムは典型的に、１つの溶接ワイヤスプールのための１つのスピンドルを有するであろう。図３に示される二重ワイヤスプールは、このようなシステムに搭載できる。ワイヤフィーダ１０５の中の駆動ロールを二重ワイヤ送給用に構成された駆動ロールに置き換え、トーチ１１１のコンタクトチップを二重ワイヤ溶接用に構成されたコンタクトチップに置き換えることにより、従来のシングルワイヤ溶接システムを二重ワイヤ溶接に容易に変換できる。前述のように、電極Ｅ１、Ｅ２は同じ組成及び直径を有することも、異なる組成及び／又は直径を有することもできる。

図４は、電極が巻かれていないスプール１０２を示し、図５は、電極Ｅ１、Ｅ２が巻かれたスプールを示す。スプール１０２は、端フランジ１０４、１０６との間に配置された中央バレル１０８を有し、電極Ｅ１、Ｅ２の両方が端フランジ間の中央バレルに巻き回される。図６はまた別の例示的なスプール１１０を示し、これは中央バレルに沿って配置された環状仕切り手段１１２を有する。環状仕切り手段は、電極Ｅ１、Ｅ２の巻線間に配置されて、これらを分離する。

図８及び９は、例示的な駆動ロール１０７を示す。駆動ロールは中央穴を有する。穴の内面は駆動機構、例えば駆動ギア上の突出部を受けて、駆動トルクを駆動ロール１０７に伝えるための成形窪み１３１を含むことができる。駆動ロール１０７は、１つ又は複数の環状又は円周方向のワイヤ受け溝１３３、１３５を含む。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、駆動ロール１０７の円周に沿って軸方向に離間される。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、２本の溶接ワイヤを受けるように設計される。駆動ロール１０７に使用するための例示的な標準的溶接ワイヤの直径には、０．０３０インチ、０．０３５インチ、０．０４０インチ、０．０４５インチ等が含まれる。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、相互に同じ幅及び深さを有するか、又は二重溶接ワイヤの異なるサイズ又は組合せに対応するために異なる幅と深さを有することができる。ワイヤ受け溝１３３、１３５の各々が同じ幅と深さを有する場合、駆動ロール１０７は、１つの溝が摩耗したら、単純に駆動ロールをひっくり返して、ワイヤフィーダに取り付け直すだけで再使用できる。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、同じ直径の２つのワイヤ又は異なる直径の２本のワイヤを同時に駆動するように構成できる。図８において、ワイヤ受け溝１３３、１３５は、まっすぐ、斜め、又は内側に細くなる側壁と側壁間に延びる１つの平坦な底部を有する台形の形状を有する。しかしながら、ワイヤ受け溝１３３、１３５は、台形の形状ら加えて他の形状を有することができ、例えば湾曲し、凹んだ溝底部を有する。特定の実施形態において、溝１３３、１３５は、溶接ワイヤの把持を助けるためのローレット切り又はその他の摩擦表面処理を含むことができる。

図１０〜１６は、二重溶接ワイヤを供給するためにワイヤフィーダに取り付けられたときの例示的な駆動ロール１０７の部分断面図を示す。駆動ロール１０７は相互に付勢されて、第一の溶接ワイヤＥ１及び第二の溶接ワイヤＥ２への固定力を提供する。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、どちらも上側及び下側駆動ロール１０７の環状溝の中に配置される。環状溝は整列され、台形の形状を有することができる。図１０において、台形の形状は内側側壁１３７、外側側壁１３９、及び側壁間に延びる溝底部１４１により形成される等脚台形である。等脚台形の形状は、断面が駆動ロール１０７の外側円周面から窪むように反転される。

駆動ロール１０７に加えられる付勢力により、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝の中で、上側及び下側の、溝を形成する側壁１３７、１３９と隣の溶接ワイヤとの間で固定される。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝の中で３つの接触点を通じて安定に保持される。この固定系によって、両方のワイヤが一貫した方法でワイヤフィーダを通じて送給されることが可能となる。２本の溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、送給中に相互に支持し合い、摩擦を介して一緒に引かれる。環状溝の内側側壁１３７と外側側壁１３９は斜めであるため、これらは垂直及び水平固定力の両方を溶接ワイヤＥ１、Ｅ２にかける。水平固定力は溶接ワイヤＥ１、Ｅ２をまとめて押し、それによって相互に接触させる。特定の実施形態において、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝の中で固定されて、溝底部１４１の表面から半径方向にずれる。すなわち、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、相互間及び溝の斜めの側壁１３７、１３９間で固定され、溶接ワイヤと溝底部１４１都の間にギャップが存在する。これは、図１０においてはっきりとわかる。

上述の固定系は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の直径における（例えば製造公差による）ある程度のばらつきに対応できる。各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２はそれぞれ専用の駆動ロール１０７内の環状溝を有し、溶接ワイヤの一方はもう一方より若干大きく、すると、より小さい溶接ワイヤは駆動ロール間で十分に固定されない場合がある。このような場合、より大径の溶接ワイヤは、駆動ロール１０７の相互に向かう半径方向の変位を限定し、それによってより小径のワイヤの適正な固定を阻止する。これは、送給の問題及び、送給中のより小径の溶接ワイヤのいわゆる絡まり合いにつながる。上述の固定系は、固定系が自己調節型であるため、異なるサイズのワイヤを収容できる。図１１からわかるように、一方の溶接ワイヤＥ２がもう一方のワイヤＥ１より大きい場合、ワイヤ間の接触点は環状溝の中央部分からより小径のワイヤに向かって軸方向にずれる。３つの接触点は、各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２上で、溝の側壁１３７、１３９及び隣の溶接ワイヤにより保持される。

図１２は、断面が等脚台形の代わりに鋭角を有する台形の形状を有する環状溝１４３を有する駆動ロール１０７を示す。溝の内側側壁１４５及び外側側壁１４７は、異なる長さを有し、駆動ロールの外側円周面と異なる角度を形成する。図１３では、駆動ロール１０７は直角を含む台形の形状を有する環状溝１４９を有する。鋭角及び直角を有する台形の溝は、等脚台形より、溶接ワイヤの直径の大きな差に対応できる。それゆえ、鋭角及び直径を有する台形溝は、溝が異なる直径を有する溶接ワイヤ、例えば０．０４０インチ溶接ワイヤと０．０４５インチ溶接ワイヤとを駆動するために使用できる。特定の実施形態において、溝の側壁及び／又は底部は、湾曲させる（例えば、凹型又は凸型）ことができる。また、台形の溝の側壁と底部との間の内側の隅の移行部は、湾曲させ、又はＲをつけることができる。図１４は、直線の斜めの側辺１５０が凹型の湾曲した、又はＲのついた溝底部１５２により結合される環状溝を有する例示的な駆動ロールを示す。例示的な実施形態において、駆動ロール１０７の側壁１５０と外側円周との間の角度は約１５０°であるが、その他の角度も可能であり、しっかりとした技術的判断で決定できる。

図１５は、一方の駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２のための台形の溝を有し、もう一方の駆動ロール１０７ａが非台形の溝を有する例示的な実施形態を示す。図１５では、非台形の溝は長方形であるが、その他の形状も可能である。例えば、非台形の溝は、例えば楕円又は円の形状等、湾曲させることができる。さらに、台形の溝は下側駆動ロール１０７に配置されているように示されている。しかしながら、台形の溝は上側駆動ロール１０７ａに配置することができ、非台形の溝を下側駆動ロールに配置できる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、台形の溝のそれぞれの側壁１３７、１３９と非台形の溝１５１の底部１５３との間で固定され、溶接ワイヤは前述のように相互に接触させられる。それゆえ、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、駆動ロール１０７、１０７ａの中で３つの接触点を通じて安定に保持される。

図１６は、一方の駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２のための台形溝を有し、もう一方の駆動ロール１０７ｂが溝を持たず、その外側円周面１５５で溶接ワイヤと直接接触する例示的な実施形態を示す。台形の溝は下側駆動ロール１０７に配置されているように示されている。しかしながら、台形の溝は上側駆動ロールにも配置できる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、台形の溝のそれぞれの側壁１３７、１３９と上側駆動ロール１０７ｂの外側円周面１５５との間で固定され、溶接ワイヤは前述のように相互に接触させられる。それゆえ、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は３つの接触点を通じて安定に保持される。

本開示は例であり、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく、詳細事項を追加、改変、又は排除することによって様々な変更を加えてもよいことが明らかであるはずである。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲が必然的に限定している範囲を除き、本開示の特定の詳細事項に限定されない。

１００ 溶接システム
１０２ スプール
１０４ 端フランジ
１０５ ワイヤフィーダ
１０６ 端フランジ
１０７ 駆動ロール
１０７ａ 上側駆動ロール
１０８ 中央バレル
１０９ 電源
１１０ スプール
１１１ トーチ
１１２ 環状仕切り手段
１２５ 付勢ばね
１２７ 調節ロッド
１３１ 成形窪み
１３３ ワイヤ受け溝
１３５ ワイヤ受け溝
１３７ 溝の内側側壁
１３９ 溝の外側側壁
１４１ 溝底部
１４５ 溝の内側側壁
１４７ 溝の外側側壁
１５０ 側壁
１５１ 溝
１５２ 湾曲した、又はＲのついた溝底部
１５３ 底部
Ｅ１、Ｅ２ 溶接ワイヤ
Ｗ 加工物

Claims (20)

1. 溶接ワイヤスプールと、
   第一の駆動ロールと、
   第二の駆動ロールと、を含み、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールの一方又は両方は円周溝を有し、
   前記溶接ワイヤスプールから引き出され、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間で前記円周溝の中に配置される第一の溶接ワイヤと、
   前記溶接ワイヤスプールから引き出され、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間で前記円周溝の中に配置される第二の溶接ワイヤと、
   を含む溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムにおいて、
   前記第一の溶接ワイヤは前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間で前記第二の溶接ワイヤと接触し、前記第一の溶接ワイヤはさらに、前記円周溝の第一の側壁部分と接触し、前記第二の溶接ワイヤはさらに、前記円周溝の第二の側壁部分と接触し、
   前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤの両方は、前記円周溝の中央部分から半径方向にずらされる
   溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
2. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
3. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる組成を有する、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
4. 前記第一の溶接ワイヤは中実の溶接ワイヤであり、前記第二の溶接ワイヤはフラックスコア溶接ワイヤである、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
5. 前記第一の溶接ワイヤは中実の溶接ワイヤであり、前記第二の溶接ワイヤはメタルコア溶接ワイヤである、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
6. 前記円周溝の前記中央部分は凹状である、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
7. 前記溶接ワイヤスプールは、第一及び第二の端フランジ間に配置された中央バレルと、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤとの間で前記中央バレルに沿って配置された環状仕切り手段と、を含む、請求項１に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
8. 溶接ワイヤスプールであって、前記溶接ワイヤスプールに巻き回された第一の溶接ワイヤと、前記溶接ワイヤスプールに巻き回された第二の溶接ワイヤと、を含む溶接ワイヤスプールと、
   第一の内側側壁、第一の外側側壁、及び前記第一の内側側壁と前記第一の外側側壁との間に延びる第一の凹状溝底部を含む第一の円周溝を有する第一の駆動ロールと、
   第二の内側側壁、第二の外側側壁、及び前記第二の内側側壁と前記第二の外側側壁との間に延びる第二の凹状溝底部を含む第二の円周溝を有する第二の駆動ロールであって、前記第二の円周溝は前記第一の円周溝と整列し、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間の前記溶接ワイヤスプールから前記第一の円周溝と前記第二の円周溝の両方を通って引き出される、第二の駆動ロールと、
   前記第一の駆動ロールを前記第二の駆動ロールに向かって付勢して、強制的に前記第一の溶接ワイヤが前記第二の溶接ワイヤに接触するようにする付勢部材と、
   を含む溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムにおいて、
   前記第一の溶接ワイヤは、前記第一の内側側壁、前記第二の内側側壁、及び前記第二の溶接ワイヤの各々と接触し、
   前記第二の溶接ワイヤは、前記第一の外側側壁、前記第二の外側側壁、及び前記第一の溶接ワイヤの各々と接触し、
   前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは、前記第一の凹状溝底部と前記第二の凹状溝底部の両方からずらされている、
   溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
9. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項８に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
10. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる組成を有する、請求項８に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
11. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤの一方は中実の溶接ワイヤであり、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤの他方はフラックスコア溶接ワイヤである、請求項８に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
12. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤの一方は中実の溶接ワイヤであり、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤの他方はメタルコア溶接ワイヤである、請求項８に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
13. 前記溶接ワイヤスプールは、第一及び第二の端フランジ間に配置された中央バレルと、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤとの間で前記中央バレルに沿って配置された環状仕切り手段と、を含む、請求項８に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
14. 溶接ワイヤスプールと、
    第一の環状溝を有する第一の駆動ロールと、
    前記第一の環状溝と整列する第二の環状溝を有する第二の駆動ロールと、
    前記溶接ワイヤスプールから引き出され、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間で前記第一の環状溝と前記第二の環状溝の両方の中に配置される第一の溶接ワイヤと、
    前記溶接ワイヤスプールから引き出され、前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールとの間で前記第一の環状溝と前記第二の環状溝の両方の中に配置される第二の溶接ワイヤと、
    前記第一の駆動ロールを前記第二の駆動ロールに向かって付勢して、強制的に前記第一の溶接ワイヤが前記第二の溶接ワイヤと接触するようにする付勢部材と、
    を含む溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システムにおいて、
    前記第一の溶接ワイヤは、前記第一の環状溝の第一の側壁部分、前記第二の環状溝の第一の側壁部分、及び前記第二の溶接ワイヤの各々と接触し、
    前記第二の溶接ワイヤは、前記第一の環状溝の第二の側壁部分、前記第二の環状溝の第二の側壁部分、及び前記第一の溶接ワイヤの各々と接触し、
    前記第一の駆動ロールと前記第二の駆動ロールは反対方向に回転し、それによって前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤを前記溶接ワイヤスプールから引き出す、
    溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
15. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
16. 前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤは異なる組成を有する、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
17. 前記第一の溶接ワイヤは中実の溶接ワイヤであり、前記第二の溶接ワイヤはフラックスコア溶接ワイヤである、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
18. 前記第一の溶接ワイヤは中実の溶接ワイヤであり、前記第二の溶接ワイヤはメタルコア溶接ワイヤである、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
19. 前記第一の環状溝と前記第二の環状溝のそれぞれの中央部分は凹状である、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。
20. 前記溶接ワイヤスプールは、第一及び第二の端フランジ間に配置された中央バレルと、前記第一の溶接ワイヤと前記第二の溶接ワイヤとの間で前記中央バレルに沿って配置される環状仕切り手段と、を含む、請求項１４に記載の溶接又はアディティブマニュファクチャリング用ワイヤ駆動システム。

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